§ 3. Вимірювання температури

Ви знаєте, що одне і те саме тіло може мати різну температуру, що температура характеризує тепловий стан тіла. Ці уявлення про температуру необхідно уточнити і розширити.

Під час контакту двох тіл, що мають різну температуру, за деякий час їхня температура стане однаковою. При цьому температура більш нагрітого тіла понизиться, а менш нагрітого тіла підвищиться. Тобто температури тіл, що знаходяться в контакті, вирівнюються.

Уявимо, що тіла, які знаходяться між собою в контакті, не взаємодіють з іншими тілами, тобто утворюють ізольовану систему. Яка б не була початкова температура тіл ізольованої системи, ці тіла через якийсь час будуть мати однакову температуру. Про тіла ізольованої системи, що мають однакову температуру, говорять, що вони знаходяться в тепловій (термодинамічній) рівновазі.

Отже, температура характеризує внутрішній стан ізольованої системи тіл, що знаходяться в термодинамічній рівновазі.

Щоб виміряти температуру якого-небудь тіла, його необхідно привести в тепловий контакт із вимірювальним приладом — термометром. Термометр не повинен мати великої маси, інакше він змінить температуру того тіла, з яким він контактує. Термометр показує свою власну температуру, рівну температурі тіла, з яким він знаходиться в термодинамічній рівновазі.

Для вимірювання температури використовують у термометрах властивості термометричних тіл, змінювати деякі свої характеристики при зміні температури. Так, у ртутних і спиртових термометрах,

які вам давно знайомі, використовується залежність об’єму рідини від температури і як наслідок цього — залежність від температури висоти стовпчика рідини в каналі термометричної трубки (мал. 6,1).

У газових термометрах використовується залежність тиску газу від температури. Встановлено, що тиск газу, який міститься в замкнутій посудині, залежить від його температури.

Моделлю газового термометра може слугувати невеликий заповнений газом балон, з’єднаний тонкою трубкою з манометром, що вимірює тиск газу у балоні (мал. 6, 2). Балон приводять у контакт із тілом. За деякий час відбувається вирівнювання температури тіла і газу в балоні термометра. Вимірювання температури зводиться до вимірювання тиску газу в балоні термометра.

Ви вже знаєте, що у термометра є шкала, а температура фізична величина, яка має одиниці вимірювання. В CI одиниця температури — 1 кельвін.

У повсякденному житті використовуються термометри зі шкалою Цельсія. За нульову точку в цій шкалі прийнята температура танення льоду при нормальному (IOTIa) атмосферному тиску. Температура кипіння води при цих же умовах прийнята за 100 одиниць, названих градусом Цельсія. Температурам нижче 0 C приписаний знак «-» (від’ємні температури).

Будова спиртового термометра показана на мал. 6, 1. Термометрична рідина знаходиться у резервуарі і при зміні температури переміщується всередині прозорої трубки, що з’єднана з резервуаром. Біля трубки розміщена проградуйована у градусах шкала. Аналогічну будову, шкалу має ртутний термометр. Діапазон вимірювань такими термометрами невеликий, оскільки при низьких температурах рідина замерзає, а при високих — закипає. Так, ртутний термометр можна використовувати у температурному діапазоні від — 39 до 357. Нижчі температури можна вимірювати спиртовими термометрами (до -100).

Якщо потрібен термометр, який працюватиме у невеликому температурному інтервалі і має бути механічно міцним, то можна використати біметалевий термометр (лат. Ьі — два).

В його будові використовують неоднакову залежність у різних металів їх лінійних розмірів від температури.

Візьмемо, наприклад, смужку паперу з наклеєною на неї алюмінієвою фольгою. Коли смужку нагріти (зі сторони фольги), то буде видно, як вона вигинається (мал. 7). Тут фольга (метал) помітно змінює свої розміри при нагріванні у порівнянні з папером. Така ж картина буде спостерігатися, якщо замість паперу взяти інший метал. З’єднавши таку біметалеву

пластинку із стрілкою, поміщають її у середовище із різними, але відомими температурами. При цьому відмічають положення стрілки. Отримують проградуйований біметалевий термометр (мал. 8).

Для побудови електричних термометрів використовують деякі електричні властивості речовин, зокрема властивість по-різному проводити струм при різних температурах. Такі термометри можна використати в області дуже низьких температур.

Для вимірювання дуже високих температур використовують оптичні методи (відповідні термометри називаються «оптичні пірометри»).

У Міжнародній системі одиниць прийнята термодинамічна пікала температур. За нульову температуру на цій шкалі прийнята температура, при якій припинився б тепловий рух частинок. Цю температуру назвали абсолютним нулем. Абсолютний нуль — найнижча з усіх можливих температур.

Температура показує ступінь нагрітості тіла згідно певної шкали. Вимірювання температури засноване на використанні зміни об’єму рідини чи розмірів твердого тіла від зміни внутрішньої енергії тіла при умові теплової рівноваги тіл, що перебувають у дотику.

^ 1. Який принцип дії спиртового термометра? 2. Який принцип дії біметалевого термометра? 3. Назвіть відомі вам типи термометрів.

1. Розгляньте термометри (мал. 10). За схемою термометрів спробуйте охарактеризувати принцип дії кожного. 2. Прочитайте статтю «Температура в життєдіяльності організмів», розміщену нижче. Запропонуйте термометри для дослідження процесів, описаних у ній.

Про шкали температури

Досягти абсолютного нуля неможливо. До нього можна лише наблизитися. В даний час отримані температури усього на кілька мільйонних часток градуса вищі абсолютного нуля.

За другу опорну точку на термодинамічній шкалі прийнята температура, при якій три стани води (твердий, рідкий і газоподібний) одночасно перебувають у рівновазі. Ця точка одержала назву потрійної точки. їй відповідає температура 0,0ITJ за шкалою Цельсія, та 273,16 K — за термодинамічною шкалою. Вибір такого числового значення температури потрійної точки води зроблений для того, щоб I K був рівним Г С. Температуру, відлічувану за термодинамічною шкалою, називають абсолютною температурою.

На шкалах Фаренгейта, Реомюра, Цельсія є область додатних і від’ємних температур. Одиницею

вимірювання є градус Цельсія (С), градус Фаренгейта (^jF) і т. д. Наприклад, температура тіла здорової людини 36,6 ^jC (мал. 10).

Температура в життєдіяльності організмів

Люди винайшли термометр порівняно недавно. Першим його винахідником був великий італійський вчений Галілей. А ось живі організми з давніх-давен мають власні «термометри» і вміють ними користуватися. Так, комарі знаходять свої жертви за теплотою, яку ті випромінюють.

За тим, як цвіркун співає свою пісню, можна з точністю до одного градуса визначити температуру повітря. При підвищенні температури павуки-тенетники тягнуть павутину в південному напрямку, а при зниженні температури — в північному. Дуже точним термометром наділила природа москітів. Своїми вусиками вони можуть визначати коливання температури в чотири тисячних частки градуса.

Точне вимірювання температури необхідне на багатьох виробництвах. Наприклад, вирощування

свійських птахів в інкубаторах потребує дотримування певного температурного режиму. Цікаво, що людина не першою винайшла інкубатор. Морські черепахи і деякі птахи відкладають яйця в теплий пісок. Крокодили покривають свої яйця гниючою зеленню.

Досвідченим «спеціалістом» з догляду за інкубатором є самець смітної курки, яка живе в Австралії. Він викопує велику яму, наповнює її зеленню і засипає піском. У результаті гниття рослин температура в ямі підвищується.

До цієї ями самка протягом шести місяців кожного тижня відкладає одне яйце. Самець час від часу перевіряє температуру в купі, встромляючи туди свого дзьоба. Добавляючи чи відгрібаючи пісок, він підтримує в своєму інкубаторі температуру 33 С.

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Гуз